從沙子到半導體，一場遠未結束的蝴蝶效應

在解構從微觀半導體元件到整個數字時代的過程中，我們刻意跳過了一個環(huán)節(jié)。那就是如何將電子元件做成CPU、內存和存儲。

從最開始那些晦澀難懂的電路圖中我們就發(fā)現，即便是最簡單的加法器和乘法器都需要大量簡單元件的海量堆疊，而如果要實現更復雜的功能和更強大的計算能力，這樣的結構勢必會大到無法想象。

第一臺電子計算機——ENIAC

實際上，第一臺投入實用的電子計算機就是一臺重達30噸、占地150平方米的龐然大物，而它的計算能力卻僅有每秒5000次。但即便如此，這臺計算機仍舊在當時的炮彈彈道研究中發(fā)揮了極其重要的作用。

在看到計算機的廣闊應用前景之后，人們開始研究如何將這30噸的大家伙給小型化。顯然，在這條半導體小型化的道路上，光靠心靈手巧和一副好視力是不行的。

“八仙童”，左一為戈登·摩爾

1950年代，8位才華橫溢的科學家在硅谷租下了一間小屋，并成立了仙童半導體。在這里，他們開始利用光刻技術制造小型化的半導體元件。這種光刻工藝可以理解為“逆向工作的投影機”。

首先，仙童們將一個高純度的硅片進行表面的氧化，再覆上一層極薄的金屬層，然后是一層可以和特定波長的光波發(fā)生反應并腐蝕金屬的光刻膠。之后，仙童們會將一張大尺寸的掩模（相當于投影機中的膠片）投影到小尺寸的硅片上，一段時間之后，沒有被掩模圖案遮擋的光波便會引起硅片上的光刻膠腐蝕金屬，而沒有被照射的部分則會保留。而后，洗去光刻膠的硅片上便留下了腐蝕帶來的細小凹痕。通過離子注入，仙童們可以將其他物質滲透進凹槽之內，形成構建場效應管所必須的P結（硼元素）和N結（磷元素）。

仙童半導體的第一代IC產品，場效應管的結構清晰可見

通過這一方法，仙童們的第一代產品在1961年誕生：在數個毫米的硅晶圓上集成了4個場效應管和5個電阻。隨后，經過不斷改進工藝，仙童半導體已經能夠在越來越小的硅晶圓上集成更多的半導體元件。1965年，仙童半導體創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾終于在《電子學》雜志上發(fā)表了那個半導體領域中最著名的預言——摩爾定律。

1968年，8仙童中的羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾共同成立了英特爾公司。而通過在制造工藝、設計上的不斷探索創(chuàng)新，今天，英特爾已經能夠制造出10nm大小的場效應管。對比仙童的初代產品，如今的英特爾已能夠在指甲蓋大小的硅晶片上集成數十億個場效應管，并用這樣的處理器、內存、存儲等產品驅動整個數字時代所需的計算。

目前，作為全球最大的半導體企業(yè)，英特爾不僅在研究更先進的架構和制造更強大的處理器，更造出了容量更高且斷電不會丟失數據的內容以及容量更大的閃存芯片。而借助在半導體領域內無人出其右的深厚積累，英特爾更將自身對于半導體及整個數字未來的理解推進到傳統(tǒng)半導體之上的領域，進而構建了以制程&封裝、架構、內存及存儲、互聯、安全、軟件為核心的六大技術支柱。

在這一戰(zhàn)略的支持下，我們不僅能夠在PC及服務器上看到英特爾的處理器，更能看到采用領先半導體技術的數據中心持久內存、SSD硬盤、網卡、FPGA、ASIC、eASIC和AI加速芯片以及專為這些硬件優(yōu)化的英特爾驅動、開發(fā)工具和API程序。

這一切，不僅為了算的更快、存的更多，更為了這個偉大的數字時代。

回望145年前那塊呈現出單向導電能力的方鉛礦，我們仍舊處在這場蝴蝶效應的中心，并且，還遠未到達頂點。